5 motivos para usar uma SMU

O que é uma unidade de fonte e medida?

Uma unidade de fonte e medida (SMU) é um instrumento de teste que combina uma fonte de alimentação, uma carga eletrônica e um multímetro digital de alta resolução em uma só unidade. As SMUs podem ser usadas para caracterizar semicondutores, monitorar o consumo de energia de um microcontrolador ou simular uma bateria para um dispositivo de IoT.

A principal diferença entre uma SMU e uma fonte de alimentação de bancada é a capacidade da SMU de atuar tanto como fonte quanto como dissipador de corrente, bem como sua alta resolução de readback / programação.

Exemplo importante de medição da SMU

As SMUs podem monitorar alterações dinâmicas. Por exemplo, um dispositivo Bluetooth® de baixo consumo de energia pode consumir corrente na faixa de um dígito de nanoampere enquanto estiver no modo de suspensão, mas usar centenas de miliamperes ao ler um sensor e transmitir os resultados. Uma SMU pode medir ambas as faixas de corrente, tudo isso enquanto fornece energia ao dispositivo em teste (DUT).

Outra medição da SMU é a caracterização de dispositivos semicondutores. Os terminais de saída de uma SMU de quatro quadrantes atuam como fonte ou dissipador, independentemente da polaridade. Isso torna possível a caracterização dos atributos de avanço e retrocesso de dispositivos semicondutores, tais como diodos, com um único instrumento.

Continue lendo para saber mais sobre cinco aplicações das SMUs e como elas podem ajudá-lo a caracterizar um DUT.

1. A SMU como fonte de alimentação ou carga eletrônica

Visto que uma SMU é essencialmente a integração de três instrumentos diferentes, ela tem muitos casos de uso. Em primeiro lugar, uma SMU pode ser usada como uma fonte de alimentação de bancada com recursos de segurança, como proteção contra sobretensão e limitação de corrente. Além disso, o multímetro integrado de 6,5 dígitos pode medir a tensão, a corrente e o consumo de energia enquanto fornece energia ao DUT.

Diferente de uma fonte de alimentação autônoma de bancada, uma SMU de dois quadrantes pode ser tanto uma fonte quanto um dissipador. A SMU tem um desempenho semelhante ao de uma carga eletrônica quando atua como um dissipador. Uma carga eletrônica é como um resistor programável. Você pode colocar a carga em um modo que obtenha a queda de uma tensão constante, consuma uma corrente constante ou apresente uma resistência constante ao dispositivo em teste.

As unidades de fonte e medida, como as da série R&S®NGU201, podem alternar de forma automática entre fonte e carga. Essa versatilidade significa que você pode simular comportamentos de carga e descarga da bateria com seu dispositivo.

2. Registro de dados de medições de tensão precisas com uma SMU

O multímetro digital integrado de uma SMU pode monitorar a tensão, a corrente e o consumo de energia, independentemente da ferramenta estar atuando como fonte ou carga. É muito útil ver os valores instantâneos no painel frontal ou por meio de comandos de programação remota. No entanto, ver como esses valores mudam no decorrer do tempo pode ser importante ao caracterizar um dispositivo.

Uma SMU pode fazer a amostragem dessas medições em até 500.000 vezes por segundo (500k amostras/s). Isso permite que a SMU atue como um instrumento de registro de dados. Por exemplo, você pode armazenar os dados das amostras como um arquivo CSV em uma unidade USB para uma análise detalhada. De forma alternativa, você pode exibir as tendências diretamente no display do painel frontal.

Além de capturar essas informações registradas, é possível melhorar a precisão usando as « entradas de detecção » de uma SMU Como ocorrem perdas nos cabos entre a SMU e o DUT, a tensão nos conectores do painel frontal é maior do que a tensão apresentada ao DUT. Entradas de « detecção » específicas com cabos separados conectados na entrada do DUT permitem que a SMU compense essas perdas e forneça medições mais precisas.

Outra melhoria é específica para o R&S®NGU201. Ele oferece um voltímetro digital (DVM) opcional que pode ser posicionado em qualquer lugar em um circuito. Por exemplo, você poderia monitorar o estado de uma bateria ou a saída de um conversor de ponto de carga. Esse DVM opera em paralelo com a medição de tensão que monitora o painel frontal e é isolado do canal galvanicamente.

3. Medir a mudança de resposta da corrente e da carga

Os dispositivos que implementam estados de suspensão com baixo consumo de energia e têm transmissores sem fio têm demandas dinâmicas de corrente que variam de nanoamperes a amperes. Uma SMU pode medir com precisão essas amplas faixas de corrente enquanto fornece energia ao DUT.

Quando o DUT muda de estado operacional, há uma mudança brusca no consumo de corrente. Uma fonte de alimentação de bancada demora um pouco para responder a uma mudança de carga. As fontes de alimentação autônomas tradicionais podem responder inadequadamente a essas transições. Instrumentos como os da série R&S®NGU, por outro lado, podem reagir a uma mudança na resposta da carga em menos de 30 microssegundos.

4. Caracterizar dispositivos semicondutores com SMU de quatro quadrantes

Ao caracterizar um dispositivo semicondutor, você normalmente precisa dissipar e fornecer corrente com polaridades direta e reversa. Por exemplo, considere um diodo.

Para desenhar a curva de tensão-corrente (IV) de um diodo, você deve medir a corrente consumida a partir de uma tensão negativa até atingir uma tensão positiva direta. Embora uma fonte de alimentação tradicional ou uma SMU de dois quadrantes possa fornecer uma tensão negativa, alternar entre negativa e positiva requer uma intervenção manual, ou seja, você deve trocar fisicamente as sondas. Uma SMU de quatro quadrantes, no entanto, pode alternar facilmente de uma saída negativa para uma saída positiva à medida que percorre uma faixa de tensão.

5. Simular dispositivos alimentados por bateria

Há vários desafios com relação ao ciclo de vida dos dispositivos alimentados por bateria. Um deles é que as baterias armazenam energia quimicamente. Como resultado, seu fornecimento de energia varia de acordo com a química, a temperatura e a carga. Outro desafio é que a eficiência de um conversor CC-CC altera a tensão de entrada e a carga de saída.

Testar todas as variações possíveis com baterias físicas não é viável, principalmente se você quiser experimentar diferentes substâncias químicas, como íons de lítio ou polímeros de lítio. Felizmente, as SMUs como a R&S®NGU podem simular uma bateria. Além disso, é possível programá-las com perfis definidos pelo usuário para melhor atender às suas condições operacionais.

Uma SMU pode caracterizar o tempo de funcionamento do seu dispositivo em condições variáveis, sem nenhum instrumento adicional. Essa é a vantagem mais significativa de usar uma SMU para simular uma bateria.

Outro ponto a ser avaliado é a capacidade do dispositivo de recarregar uma bateria. Usar uma SMU como carga elétrica significa que você pode simular situações tais como com nenhuma célula conectada, sobretensão, subtensão ou curto-circuito da bateria.